JPH11249010A - プロジェクター光学系 - Google Patents
プロジェクター光学系Info
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- JPH11249010A JPH11249010A JP10046644A JP4664498A JPH11249010A JP H11249010 A JPH11249010 A JP H11249010A JP 10046644 A JP10046644 A JP 10046644A JP 4664498 A JP4664498 A JP 4664498A JP H11249010 A JPH11249010 A JP H11249010A
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Abstract
良好な光学性能が得られるプロジェクター光学系を提供
する。 【解決手段】 光源(1),リフレクター(2),インテグレ
ータ(3),照明リレー光学系(OP2)で反射型表示パネル(P
R,PG,PB)を照明し、投影光学系(OP1)でパネル(PR,PG,P
B)の表示画像をスクリーン(S)上に投影するプロジェク
ター光学系において、投影光学系(OP1)をスクリーン(S)
側から順に前群(GrF),後群(GrR)で構成し、その間に照
明光を導光する反射ミラー(M)を設け、投影光学系(OP1)
全体のレンズパワーに対する前群(GrF)の正のレンズパ
ワーを適正に規定した。
Description
学系に関するものであり、更に詳しくは、反射型表示パ
ネル(例えば反射型液晶パネル)の画像をスクリーン上に
投影する投影装置(例えば液晶プロジェクター)用のプロ
ジェクター光学系に関するものである。
クリーン上に投影するプロジェクター光学系において、
その絞り位置に配置した偏光分離プリズムで照明光を反
射型表示パネルに導く照明方式が、米国特許第5,552,93
8号明細書,特開平5−203872号公報で提案され
ている。図5に、そのプロジェクター光学系の概略構成
を示す。このプロジェクター光学系は、前群(GrF),偏
光分離プリズム(Pr2),絞り(A)及び後群(GrR)から成る
投影光学系と、集光レンズ(CL)から成る照明光学系と、
を備えている。
ほぼ平行光になり、更に集光レンズ(CL)で集光されて光
源像となる。光源(1),リフレクター(2),集光レンズ(C
L)及び偏光分離プリズム(Pr2)は、光源像が絞り(A)位置
で形成されるように配置されており、これによりケーラ
ー照明が構成される。集光して光源像となる光束のう
ち、S偏光成分のみが偏光分離プリズム(Pr2)で反射さ
れる。偏光分離プリズム(Pr2)で反射された光束は、後
群(GrR)を通過した後、色分解・合成プリズム(Pr1)で色
分解されて、3つの反射型表示パネル(PR,PG,PB)全域を
それぞれ照明する。
晶パネルが用いられているので、各パネル(PR,PG,PB)に
対する照明光は、各画素の表示に応じて選択的にP偏
光,S偏光のいずれかで反射される。そして各反射光
は、色分解・合成プリズム(Pr1)で合成されて投影光と
なり、後群(GrR)通過後、投影光のうちP偏光成分のみ
が偏光分離プリズム(Pr2)を透過する。このとき各パネ
ル(PR,PG,PB)中心からの光束が平行光束に近い状態で偏
光分離プリズム(Pr2)を透過するように、前群(GrF)はほ
ぼアフォーカルに構成されている。偏光分離プリズム(P
r2)透過後の投影光は、前群(GrF)を通ってスクリーン
(S)上に表示像を形成する。
各パネル(PR,PG,PB)での反射光のうち所定偏光面の光線
のみを偏光分離プリズム(Pr2)で選択・投影させる方式
には、後群(GrR)のレンズでの若干の複屈折等が偏光面
の乱れを発生させるため、投影コントラストが低下する
という問題がある。したがって、後群(GrR)のレンズ枚
数が多いほど投影コントラストは低下しやすくなる。後
群(GrR)のレンズ枚数を削減すれば、投影コントラスト
の低下を防ぐことはできるが、良好な光学性能を得るこ
とが困難になる。
たものであって、投影光学系の後群のレンズ枚数が少な
くても良好な光学性能が得られるプロジェクター光学系
を提供することを目的とする。
に、第1の発明のプロジェクター光学系は、反射型表示
パネルを照明する照明光学系と、前記反射型表示パネル
に表示される画像をスクリーン上に投影する投影光学系
と、を備えたプロジェクター光学系であって、前記投影
光学系が、スクリーン側から順に前群及び後群から成る
とともに、前記反射型表示パネルに対して照明光を導光
する導光手段を前群と後群との間に備え、更に以下の条
件式を満足することを特徴とする。 0.2<φF/φ<0.9 ただし、 φF:投影光学系の前群のレンズパワー、 φ :投影光学系全体のレンズパワー、 である。
記第1の発明の構成において、前記投影光学系がテレセ
ントリック光学系であることを特徴とする。
記第1の発明の構成において、前記投影光学系が、前記
前群と前記後群との間に絞りを有し、かつ、以下の条件
式を満足することを特徴とする。 0.2<FL/(FNO×D)<0.8 ただし、 FL :投影光学系全体の焦点距離(投影光学系がズームレ
ンズの場合には最短焦点距離)、 FNO:Fナンバー、 D :絞り径、 である。
記第1の発明の構成において、前記照明光学系が、複数
の光源像を形成するインテグレータと、前記導光手段を
介して前記投影光学系内に前記光源像の共役像を形成す
る照明リレー光学系と、を有することを特徴とする。
記第1の発明の構成において、前記投影光学系が、前記
前群と前記後群との間に絞りを有するとともに、絞り径
の約半分までを占める反射ミラーを前記導光手段として
絞り近傍に有することを特徴とする。
記第1の発明の構成において、前記投影光学系がズーム
レンズであり、前記前群のみでズーミングを行うことを
特徴とする。
記第1の発明の構成において、前記前群の一部を移動さ
せることによりフォーカシングを行うことを特徴とす
る。
クター光学系を、図面を参照しつつ説明する。図1,図
3は、第1,第2の実施の形態のプロジェクター光学系
にそれぞれ対応する光学構成図である。第1の実施の形
態おいてプロジェクター光学系を構成している投影光学
系(OP1)はズームレンズであり、第2の実施の形態おい
てプロジェクター光学系を構成している投影光学系(OP
1)は単焦点レンズである。第2の実施の形態には第1の
実施の形態と同様の照明光学系が用いられているので、
照明光学系等は図示省略している。
クター光学系を構成している投影光学系(OP1)の望遠端
[T]でのレンズ配置を示しており、同図中の矢印mj(j=
1,2,3)は、望遠端(最長焦点距離状態)[T]から広角端
(最短焦点距離状態)[W]へのズーミングにおける第j群
(Grj)の移動をそれぞれ模式的に示している。また、各
実施の形態のプロジェクター光学系を構成している投影
光学系(OP1)において、ri(i=1,2,3,...)が付された面は
拡大側{すなわちスクリーン(S)側}から数えてi番目の面
であり、riに*印が付された面は非球面である。また、
第1の実施の形態のプロジェクター光学系を構成してい
る照明リレー光学系(OP2)において、ri(i=1,2,3,...)が
付された面はインテグレータ(3)側から数えてi番目の面
である。
形態は、前面投影型(フロントタイプ)投影装置に適した
プロジェクター光学系であり、反射型表示パネル(PR,P
G,PB)を照明する照明光学系と、反射型表示パネル(PR,P
G,PB)に表示される画像をスクリーン(S)上に投影する投
影光学系(OP1)と、を備えている。投影光学系(OP1)は、
スクリーン(S)側から順に前群(GrF),絞り(A)及び後群
(GrR)から成るとともに、反射型表示パネル(PR,PG,PB)
に対して照明光を導光する反射ミラー(M)を導光手段と
して、前群(GrF)及び絞り(A)と後群(GrR)との間に備え
ている。この反射ミラー(M)は、投影光学系(OP1)の絞り
(A)近傍に絞り径の約半分までを占めるように配置され
ている。照明光学系は、第1,第2レンズアレイ(3a,3
b)から成るレンズアレイ方式インテグレータ(3)と、レ
ンズ5枚,反射ミラー3枚から成る照明リレー光学系(O
P2)と、で構成されている。インテグレータ(3)は複数の
光源像を形成し、照明リレー光学系(OP2)は反射ミラー
(M)を介して投影光学系(OP1)内に前記光源像の共役像を
形成する。
ほぼ平行光になり、インテグレータ(3)の第2レンズア
レイ(3b)上で光源像となる。第1レンズアレイ(3a)と第
2レンズアレイ(3b)との間には偏光変換光学系(3c)を配
置し、光源(1)の有効利用を図っている(特開平9−14
6064号公報参照)。この光源像は、照明リレー光学
系(OP2)により反射ミラー(M)近傍で再結像される。反射
ミラー(M)で反射されて絞り(A)位置で投影光学系(OP1)
内に導光された光束は、後群(GrR)を通過した後、色分
解・合成プリズム(Pr1)で色分解(白色の照明光が赤,
緑,青の3成分に分解)されて、3つの反射型表示パネ
ル(PR,PG,PB)全域をそれぞれ照明する。このとき色分解
・合成プリズム(Pr1)は光束の緑成分をまっすぐ透過さ
せ、光束の赤成分,青成分を互いに逆方向に反射させる
ので、光束の赤成分,緑成分,青成分は、赤表示用のパ
ネル(PR),緑表示用のパネル(PG),青表示用のパネル(P
B)でそれぞれ反射されることになる。
光は、各画素の表示に応じて選択的に反射される。反射
型表示パネル(PR,PG,PB)に反射型液晶パネルを用いる場
合には、反射型液晶パネルの直前に偏光フィルターを配
置することでLCD(liquidcrystal display)パネルと
し、液晶によって偏光面が変換されない光のみを反射さ
せる。各表示パネル(PR,PG,PB)からの反射光は、色分解
・合成プリズム(Pr1)で合成されて投影光となり、後群
(GrR)通過後、反射ミラー(M)が配置されている絞り(A)
位置において、反射ミラー(M)で占められていない残り
半分の開口を通過する。絞り(A)位置を反射ミラー(M)に
当たらずに通過した投影光は、前群(GrF)を通ってスク
リーン(S)上に表示像を形成する。
ル(PR,PG,PB)側}にテレセントリックなズームレンズで
あり、前群(GrF)のみでズーミングを行う構成になって
いる。前群(GrF)は、スクリーン(S)側より順に、負の第
1群(Gr1)と正の第2群(Gr2)と負の第3群(Gr3)との3
成分から成り、矢印m1〜m3で示すように各群(Gr1〜Gr3)
を光軸(AX)方向に移動させることによりズーミングを行
う。また、前群(GrF)の第1群(Gr1)を光軸(AX)方向に移
動させることによりフォーカシングを行う。ズーム及び
フォーカスのための移動群を、絞り(A)よりもスクリー
ン(S)側に位置する前群(GrF)で行う構成としているの
は、ズーミングやフォーカシングを行ってもテレセント
リック状態が維持されるようにするためである。本実施
の形態では絞り(A)近傍から照明光を導光する方式を採
用しているので、パネル(PR,PG,PB)への照明ムラをなく
すとともに、パネル(PR,PG,PB)からの反射光を絞り(A)
近傍の反射ミラー(M)に当てることなく正しく通過させ
るためには、テレセントリック状態を維持することが必
要なのである。
来例(図5)が採用している偏光分離プリズム(Pr2)を用
いた方式とは異なるが、やはり後群(GrR)のレンズ枚数
が多いと、反射ミラー(M)からパネル(PR,PG,PB)に至る
照明光がレンズ表面で反射されやすくなる。これがスク
リーン(S)上でフレアを発生させる原因となって、コン
トラストの低下を招くことになる。この問題を解決する
ためには、次の条件式を満足することが望ましい。 0.2<φF/φ<0.9 … ただし、 φF:投影光学系(OP1)の前群(GrF)のレンズパワー{言い
換えれば、導光位置よりスクリーン(S)側のレンズパワ
ー}、 φ :投影光学系(OP1)全体のレンズパワー、 である。
R)のレンズ枚数を少なくすることにより、光学性能を保
持しつつ、照明光,投影光が後群(GrR)を通過するとき
に発生するフレア等を抑えて投影コントラストを高める
ことができる。前群(GrF)のパワーが全系のパワーに比
べて緩くなって条件式の下限を超えると、投影光学系
(OP1)全体のパワーの負荷が後群(GrR)に集中してしま
い、光学性能を確保するために後群(GrR)のレンズ枚数
を多くしなければならなくなる。性能確保のために後群
(GrR)に必要となるレンズ枚数は、投影光学系(OP1)全体
がズームレンズであれば7〜8枚以上、単焦点レンズで
あっても5枚以上となる。条件式の上限を超えると、
後群(GrR)にかかる負荷が減って、少ないレンズ枚数で
後群(GrR)を達成することが可能になるが、テレセント
リック状態を満たすためには、後群(GrR)の全長,絞り
径を大きくしなければならなくなり、それに付随して前
群(GrF)のレンズ径が非常に大きくなってしまう。
好に保つためには、全系の焦点距離,Fナンバー,絞り
径が次の条件式を満たす関係にあるのが望ましい。 0.2<FL/(FNO×D)<0.8 … ただし、 FL :投影光学系(OP1)全体の焦点距離{投影光学系(OP1)
がズームレンズの場合には最短焦点距離}、 FNO:Fナンバー、 D :絞り径{すなわち絞り(A)の直径}、 である。
件式の上限を超えると、テレセントリック状態を維持
してレンズバックを長くすることができなくなり、その
結果、色分解・合成プリズム(Pr1)を配置することがで
きなくなる。条件式の下限を超えると、後群(GrR)の
全長が長くなり、それに伴って前群(GrF)のレンズ径が
大きくなる。
形態は、背面投影型(リアタイプ)投影装置に適したプロ
ジェクター光学系であり、第1の実施の形態と同様、反
射型表示パネル(PR,PG,PB)を照明する照明光学系と、反
射型表示パネル(PR,PG,PB)に表示される画像をスクリー
ン(S)上に投影する投影光学系(OP1)と、を備えている。
図3中、照明リレー光学系(OP2),光源(1),リフレクタ
ー(2),インテグレータ(3)は省略してあるが、第1の実
施の形態と同様にして照明を行う構成になっている。投
影光学系(OP1)が高画角の単焦点レンズである点を除け
ば、その基本的な構成は同じなので説明を省略する。
系の構成を、コンストラクションデータ,収差図等を挙
げて、更に具体的に説明する。ここで例として挙げる実
施例1,2は、前述した第1,第2の実施の形態にそれ
ぞれ対応しており、第1,第2の実施の形態を表す光学
構成図(図1,図3)は、対応する実施例1,2の光学構
成をそれぞれ示している。
クションデータにおいて、ri(i=1,2,3,...)は拡大側{す
なわちスクリーン(S)側}から数えてi番目の面の曲率半
径、di(i=1,2,3,...)は拡大側から数えてi番目の軸上面
間隔{dS:スクリーン(S)と投影光学系(OP1)の最もスクリ
ーン(S)側面(r1)との間隔,dA:絞り(A)と後群(GrR)の最
も絞り(A)側面との間隔}を示しており、Ni(i=1,2,
3,...),νi(i=1,2,3,...)は拡大側から数えてi番目の光
学要素のd線に対する屈折率(Nd),アッベ数(νd)を示し
ている。また、ズーミングにより変化する軸上面間隔
(可変間隔)は、望遠端(最長焦点距離状態)[T]〜広角端
(最短焦点距離状態)[W]での各群間の軸上空気間隔であ
る。焦点距離状態に対応する全系の焦点距離FL,Fナン
バーFNO;最大像高Ymax;並びに条件式対応値及びその
関連データを併せて示す。
ラクションデータにおいて、ri(i=1,2,3,...)はインテ
グレータ(3)側から数えてi番目の面の曲率半径、di(i=
1,2,3,...)はインテグレータ(3)側から数えてi番目の軸
上面間隔{dI:インテグレータ(3)の第2レンズアレイ(3
b)と照明リレー光学系(OP2)の最も第2レンズアレイ(3
b)側面(r1)との間隔}を示しており、Ni(i=1,2,3,...),
νi(i=1,2,3,...)はインテグレータ(3)側から数えてi番
目の光学要素のd線に対する屈折率(Nd),アッベ数(νd)
を示している。
で構成された面であることを示し、非球面の面形状を表
わす以下の式(AS)で定義されるものとする。各非球面の
非球面データを他のデータと併せて示す。 X=(C・Y2)/{1+√(1-ε・C2・Y2)}+Σ(Ai・Yi) …(AS) ただし、式(AS)中、 X :光軸(AX)方向の基準面からの変位量、 Y :光軸(AX)に対して垂直な方向の高さ、 C :近軸曲率、 ε:2次曲面パラメータ、 Ai:i次の非球面係数、 である。
における縮小側での収差図、図4は実施例2の縮小側で
の収差図であって、左から順に、球面収差等,非点収
差,歪曲収差(Y':像高)をそれぞれ示している。球面収
差図において、実線(d)はd線に対する球面収差、一点
鎖線はg線に対する収差、二点鎖線はc線に対する収
差、破線(SC)は正弦条件を表している。非点収差図に
おいて、破線(DM)はメリディオナル面でのd線に対す
る非点収差を表しており、実線(DS)はサジタル面での
d線に対する非点収差を表わしている。また、歪曲収差
図において実線はd線に対する歪曲%を表している。な
お、本来はスクリーン(S)面が像面であり反射型表示パ
ネル(PR,PG,PB)面が物体面であるが、上記各実施例では
光学設計上縮小系とし、スクリーン(S)面を物体面とみ
なして反射型表示パネル(PR,PG,PB)面で光学性能を評価
している。
影光学系の後群のレンズ枚数が少なくても良好な光学性
能が得られるプロジェクター光学系を実現することがで
きる。そして、本発明に係るプロジェクター光学系を用
いれば、レンズ枚数が少なくても高画質の画像投影が可
能となり、レンズ枚数の削減により投影コントラストの
低下が防止される。
Claims (7)
- 【請求項1】 反射型表示パネルを照明する照明光学系
と、前記反射型表示パネルに表示される画像をスクリー
ン上に投影する投影光学系と、を備えたプロジェクター
光学系であって、前記投影光学系が、スクリーン側から
順に前群及び後群から成るとともに、前記反射型表示パ
ネルに対して照明光を導光する導光手段を前群と後群と
の間に備え、更に以下の条件式を満足することを特徴と
するプロジェクター光学系; 0.2<φF/φ<0.9 ただし、 φF:投影光学系の前群のレンズパワー、 φ :投影光学系全体のレンズパワー、 である。 - 【請求項2】 前記投影光学系がテレセントリック光学
系であることを特徴とする請求項1記載のプロジェクタ
ー光学系。 - 【請求項3】 前記投影光学系が、前記前群と前記後群
との間に絞りを有し、かつ、以下の条件式を満足するこ
とを特徴とする請求項1記載のプロジェクター光学系; 0.2<FL/(FNO×D)<0.8 ただし、 FL :投影光学系全体の焦点距離(投影光学系がズームレ
ンズの場合には最短焦点距離)、 FNO:Fナンバー、 D :絞り径、 である。 - 【請求項4】 前記照明光学系が、複数の光源像を形成
するインテグレータと、前記導光手段を介して前記投影
光学系内に前記光源像の共役像を形成する照明リレー光
学系と、を有することを特徴とする請求項1記載のプロ
ジェクター光学系。 - 【請求項5】 前記投影光学系が、前記前群と前記後群
との間に絞りを有するとともに、絞り径の約半分までを
占める反射ミラーを前記導光手段として絞り近傍に有す
ることを特徴とする請求項1記載のプロジェクター光学
系。 - 【請求項6】 前記投影光学系がズームレンズであり、
前記前群のみでズーミングを行うことを特徴とする請求
項1記載のプロジェクター光学系。 - 【請求項7】 前記前群の一部を移動させることにより
フォーカシングを行うことを特徴とする請求項1記載の
プロジェクター光学系。
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1999
- 1999-02-04 US US09/244,527 patent/US6188524B1/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002169090A (ja) * | 2000-11-30 | 2002-06-14 | Nitto Kogaku Kk | 投写レンズシステムおよびプロジェクタ装置 |
JP2006078818A (ja) * | 2004-09-10 | 2006-03-23 | Olympus Corp | 投影光学系 |
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Publication number | Publication date |
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US6188524B1 (en) | 2001-02-13 |
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